CPU nedir?
Merkezi işlem birimi (CPU), sunucudaki temel bilgi işlem birimi olan donanım bileşenidir. Sunucular ve diğer akıllı cihazlar, verileri dijital sinyallere dönüştürür ve bunlar üzerinde matematiksel işlemler gerçekleştirir. CPU, sinyalleri işleyen ve bilgi işlem olanağı sağlayan birincil bileşendir. Bir bilgi işlem cihazının beyni olarak görev yapar. Bellekten talimatları getirir, gerekli görevleri gerçekleştirir ve çıktıyı belleğe geri gönderir. İşletim sistemini ve uygulamaları çalıştırmak için gereken tüm bilgi işlem görevlerini yerine getirir.
CPU teknolojisi zaman içinde nasıl gelişti?
En eski bilgisayarlar işleme için vakum tüplerini kullanıyordu. ENIAC ve UNIVAC gibi makineler büyük ve hacimliydi. Çok fazla güç tüketiyor ve önemli miktarda ısı üretiyorlardı. 1940'ların sonlarında transistörlerin icadı, CPU teknolojisinde devrim yarattı. Transistörlerin vakum tüplerinin yerini almasıyla bilgisayarlar küçüldü, daha güvenilir ve daha enerji tasarruflu hale geldi. 1960'ların ortalarında, birden fazla transistörü ve diğer bileşenleri tek bir bilgisayar çipinde birleştiren entegre devreler (IC'ler) geliştirildi. CPU'lar daha da küçüldü ve daha hızlı hale gelerek mikroişlemcilerin ortaya çıkmasını sağladı.
Mikroişlemciler
Mikroişlemciler, tüm CPU'yu tek bir IC çipinde birleştirerek bilgisayarları daha erişilebilir hale getirdi ve kişisel bilgisayarların geliştirilmesinin önünü açtı. Başlangıçta, CPU'lar bir seferde 16 ila 32 bit veriyi işleyebiliyordu. 2000'lerin başında, daha büyük bellek adreslemesine olanak tanıyan ve daha geniş çaplı veri işlemeyi destekleyen 64 bit CPU'lar ortaya çıktı.
Transistör yoğunluğu arttıkça, tek çekirdekli CPU performansını daha da artırmak zorlaştı. Bunun yerine, CPU üreticileri birden fazla çekirdeği tek bir çipe entegre etmek için çok çekirdekli işlemci mimarilerini kullanmaya başladı.
Günümüzdeki işlemciler
Mobil cihazların yükselişiyle güç verimliliği çok önemli hale geldi. CPU üreticileri, artık akıllı telefonlar ve tabletler gibi modern taşınabilir cihazlar için düşük güç tüketimli ve enerji tasarruflu CPU'lar geliştiriyor.
Yapay zeka (AI) ve yoğun grafik kullanımlı görevlerin daha yaygın hale gelmesiyle, iş yüklerini ele almak için artık grafik işleme birimleri (GPU'lar) ve AI hızlandırıcılar gibi özel CPU'lar kullanılıyor.
Nanoteknoloji ve malzeme biliminde devam eden araştırma ve geliştirme, mikroskobik transistörlerin ve daha güçlü CPU'ların önünü açtı. Kuantum bilgi işlem ve diğer gelişmekte olan teknolojiler, bilgisayar işlemcisi teknolojisini daha da geliştirme potansiyeli taşıyor.
CPU'nun bileşenleri nelerdir?
CPU, verileri işleyip talimatları çalıştıran birkaç temel bileşenden oluşan karmaşık bir elektronik devredir. Bir CPU'nun ana bileşenleri aşağıda verilmiştir.
Kontrol birimi
Kontrol birimi komut işlemeyi yönetip CPU içindeki ve diğer bilgisayar bileşenleri arasındaki veri akışını koordine eder. Bellekten getirilen talimatları yorumlayıp bunları CPU'nun çalıştırabileceği mikro işlemlere dönüştüren bir komut kod çözücü bileşenine sahiptir. Kontrol birimi, diğer CPU bileşenlerini gerekli işlemleri gerçekleştirmeleri için yönlendirir.
Yazmaçlar
Yazmaçlar, CPU içindeki küçük, yüksek hızlı bellek depolama konumlarıdır. CPU'nun o an üzerinde çalıştığı verileri tutup bunlara hızlı erişimi kolaylaştırırlar. CPU'lar farklı türlerde yazmaçlara sahiptir, örneğin:
- Operasyonel verileri tutan genel amaçlı yazmaçlar
- İşlenmekte olan mevcut komutu tutan komut yazmaçları
- Getirilecek bir sonraki komutun bellek adresini tutan bir program sayacı
Yazmaçlar, RAM veya önbellek gibi diğer bellek düzeylerine kıyasla daha hızlı erişim süreleri sağlar.
ALU
Aritmetik mantık birimi (ALU), veriler üzerinde temel aritmetik işlemleri (toplama, çıkarma, çarpma ve bölme) ve mantıksal işlemleri (VE, VEYA, DEĞİL) gerçekleştirir. CPU içindeki yazmaçlardan veri alıp bunları kontrol biriminden gelen talimatlara göre işler ve sonucu üretir.
Bellek yönetim birimi
CPU mimarisine bağlı olarak, ayrı bir veri yolu arabirim ünitesi veya bellek yönetim birimi bulunabilir. Bu bileşenler, CPU ve RAM etkileşimini yönetmek gibi bellekle ilgili görevleri yerine getirir. Ayrıca CPU içinde bulunan küçük ve hızlı bir bellek birimi olan önbelleği ve CPU'nun veri işleme için ihtiyaç duyduğu sanal belleği de yönetir.
Saat
CPU, dahili işlemlerini senkronize etmek için bir saat sinyaline dayanır. Saat belirli bir frekansta sabit bir darbe üretir ve bu saat döngüleri CPU'nun işlemlerini koordine eder. Saat hızı hertz (Hz) cinsinden ölçülür ve CPU'nun saniyede kaç komut yürütebileceğini belirler. Modern CPU'lar, performansı ve güç tüketimini dengelemek için iş yüküne göre ayarlanan değişken saat hızlarına sahiptir.
CPU'nun işleyiş şekli nedir?
Bilgisayar işlemcileri, verileri işlemek ve elektronik cihazlardaki bilgi akışını yönetmek için diğer donanım bileşenleri ve yazılım programlarıyla birlikte çalışır. Genellikle döngüler halinde çalışırlar ve her komut döngüsü üç ana adımı temsil eder.
Çekirdek işlemci döngüsü
Aşağıda komut döngüsündeki temel adımlar yer almaktadır.
Komut getirme
CPU, komutları bellekten alır. Komutlar, CPU için belirli görev veya işlemleri temsil eden ikili kodlardır. Kontrol birimi, komutu yorumlar ve gerçekleştirilecek işlemi belirler. Ayrıca, görev için gereken belirli CPU bileşenlerini tanımlar.
Komut işleme
CPU, getirilen verilerde belirtilen işlemi gerçekleştirir. Matematiksel hesaplamalar, mantıksal karşılaştırmalar, veri işleme veya kayıtlar ya da bellek konumları arasında veri aktarımı gerçekleştirir.
Sonuç depolama
Komutları yürüttükten sonra, CPU'nun sonuçları bellekte depolaması veya belirli kayıtları yeni verilerle güncellemesi gerekebilir. Program sayacı (PC), getirilecek bir sonraki komutun adresini gösterecek şekilde güncellenir. CPU, döngüyü tekrarlar ve komutları sırayla getirir, çözer ve yürütür.
Ek işlemci işlevleri
CPU ayrıca, kesmeler, harici cihazlar tarafından üretilen sinyaller veya acil müdahale gerektiren olaylarla birlikte atlamalar ve dallar gibi denetim akışı komutlarını da işleyebilir. Bir kesme olduğunda CPU, geçerli görevi geçici olarak askıya alır, durumunu kaydeder ve kesme hizmeti rutinine atlar. Kesmeyi işledikten sonra, CPU önceki göreve devam eder.
Modern CPU'lar performansı artırmak için genellikle paralellik ve komut işlem hattı oluşturma gibi teknikler kullanır. Birden fazla komut aynı anda farklı döngü aşamalarında olabilir. Bu, CPU kaynaklarının daha verimli kullanılmasını sağlar.
Gelişmiş CPU özelliklerinden bazıları nelerdir?
En iyi CPU; performans, verimlilik ve esneklik açısından üstündür. Bu sayede çok çeşitli bilgi işlem görevlerini etkin bir şekilde yerine getirebilir. Aşağıda bazı gelişmiş özellikler yer almaktadır.
Çekirdek
Geçmişte tek çekirdekli işlemci standart olsa da, bugün tüm CPU'ların birden çok fiziksel çekirdeği var. Çekirdek, CPU'nun içindeki tek bir işlem birimidir. Daha fazla çekirdek, CPU'nun birden fazla iş parçacığını (komut dizileri) paralel olarak işlemesine olanak tanıyarak genel performansı önemli ölçüde artırır. Uygulamalar, görevleri aynı anda tamamlanabilen daha küçük alt görevlere bölerek çok çekirdekli tasarımdan yararlanabilir.
Hyperthreading
Hyper-threading, Intel tarafından geliştirilen ve her CPU çekirdeğinin aynı anda birden fazla iş parçacığı çalıştırmasını sağlayan, eş zamanlı bir çoklu iş parçacığı uygulamasıdır. Her fiziksel çekirdeğin, işletim sisteminde iki sanal çekirdek olarak görünmesini sağlar. Yazılım, mevcut donanım kaynaklarını daha verimli kullanır.
Gelişmiş komut kümeleri
Modern CPU'lar ayrıca belirli görevleri hızlandırmak için tasarlanan, gelişmiş komut kümelerine ve teknolojilere sahiptir. Bu komut kümeleri, temel aritmetik ve mantık işlemlerinin ötesine geçerek karmaşık işlemleri daha verimli bir şekilde ele almaya yönelik ek özellikler sunar.
Örneğin, CPU'lar özellikle şu görevler için komut kümeleri içerebilir:
- Video kod çözme, ses kodlama ve görüntü işleme gibi multimedya görevleri;
- Gelişmiş Şifreleme Standardı (AES) ve Güvenli Karma Algoritması (SHA) gibi şifreleme ve şifre çözme algoritmaları;
- CPU'nun büyük veri kümelerinde aynı işlemi eş zamanlı olarak gerçekleştirmesini gerektiren tek komut, çoklu veri (SIMD) görevleri. Bunlar grafik oluşturma, bilimsel simülasyonlar ve dijital sinyal işleme gibi görevlerdir;
- Sanal makinelerin (VM'ler) daha verimli çalışmasını sağlayan sanallaştırma;
- Sinir ağı işlemleri gibi yapay zeka iş yükleri.
AWS, işlemci gereksinimlerinizi nasıl destekleyebilir?
Amazon Web Services (AWS), işlemci gereksinimlerinizi desteklemek için teklifler sunar.
Amazon Esnek İşlem Bulutu (Amazon EC2), en geniş ve en kapsamlı işlem platformunu sunar. İş yükünüzün ihtiyaçlarını en iyi şekilde karşılamanıza yardımcı olmak üzere 600'den fazla bulut sunucusuna ve en güncel işlemci, depolama, ağ, işletim sistemi ve satın alma modeli seçeneklerine sahiptir. Intel, AMD ve Arm işlemcilerini destekleyen ilk büyük bulut sağlayıcısı olmanın yanı sıra isteğe bağlı EC2 Mac bulut sunucularına sahip tek bulutuz.
Amazon EC2'yi kullandığınızda şu avantajlardan hemen yararlanırsınız:
- Bulutta makine öğrenimi eğitimi için en iyi fiyat performansını ve çıkarım başına en düşük maliyetli bulut sunucularını elde edin
- Uygulamalarınız için en iyi CPU, bellek, depolama ve ağ kaynakları kombinasyonunu seçin
- Hemen çalışmaya başlamak için önceden yapılandırılmış bir Amazon Makine Görüntüsü (AMI) şablonu kullanın
Hemen bir hesap oluşturarak AWS'de özel bulut sunucularını ve işlemcileri kullanmaya başlayın.